三峽電廠勵(lì)磁軟件結(jié)構(gòu)框圖及其特色分析

1、三峽電廠勵(lì)磁軟件結(jié)構(gòu)框圖及其特色分析陳小明,胡先洪,章俊(三峽水力發(fā)電廠,湖北宜昌市,443113摘要本文介紹了三峽左岸電廠SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬軟件,詳細(xì)分析了其軟件結(jié)構(gòu)框圖和主要限制器特性曲線,并探討國外勵(lì)磁軟件特色。關(guān)鍵詞 SIEMENS,THYRIPOL,SIMADYN-D,STRUC G,IBS,勵(lì)磁軟件。0 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬軟件簡介三峽左岸電站的勵(lì)磁系統(tǒng)采用德國SIEMENS公司生產(chǎn)的THYRIPOL靜止式可控硅自并勵(lì)勵(lì)磁設(shè)備,由11面柜組成,如圖1所示,從左到右分別是:調(diào)節(jié)器柜、輔助控制柜、5屏晶閘管整流柜、2屏滅磁開關(guān)柜、過電壓保護(hù)和滅磁電阻柜、電制動(dòng)整流柜。整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,

2、器件眾多,外觀漂亮,運(yùn)行可靠。 圖1 THYRIPOL勵(lì)磁裝置SIEMENS THYRIPOL全數(shù)字式微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,硬件由兩套完全獨(dú)立的SIMADYN D全數(shù)字控制器組成。每套控制器包括3塊32位的CPU 控制板,以及各種數(shù)字模擬信號輸入及輸出接口板,耦合存儲(chǔ)模塊,擴(kuò)展模塊以及通訊接口模塊,所有的模塊集成于一個(gè)機(jī)箱中,組成一個(gè)完整的勵(lì)磁調(diào)節(jié)通道。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩通道采用熱備用的運(yùn)行方式,同時(shí)接受輸入控制并執(zhí)行操作與調(diào)節(jié),但只有處于工作狀態(tài)的通道有輸出,并對可控硅進(jìn)行觸發(fā)。當(dāng)工作通道發(fā)生故障時(shí)則備用通道自動(dòng)投入運(yùn)行,并閉鎖故障通道。通道內(nèi)部各模塊之間以及通道和通道之間實(shí)時(shí)通信跟蹤,并及時(shí)上傳數(shù)據(jù)到

3、面板顯示屏和監(jiān)控系統(tǒng),保證系統(tǒng)無擾動(dòng)切換。在整套勵(lì)磁裝置盤面上,只有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器有兩個(gè)可操作器件:遠(yuǎn)方現(xiàn)地切換控制鎖和西門子OP2N操作面盤。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器編輯軟件采用的STRUC G邏輯功能圖語言,屬于可編程邏輯圖語言(組態(tài)語言。STRUC G是SIEMENS公司專門針對SIMADYN D硬件平臺(tái)開發(fā)的結(jié)構(gòu)化圖形語言,主要編輯邏輯功能圖,并通過存儲(chǔ)卡讀寫器將軟件寫入存儲(chǔ)卡中。三峽勵(lì)磁SIMADYN D有三塊CPU板,故需要插入三個(gè)程序存儲(chǔ)卡。STRUC G基于SCO UNIX3.0版以上操作系統(tǒng)、具有形象直觀、可讀性強(qiáng)、編寫靈活方便等優(yōu)點(diǎn),但UNIX操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)與使用難度較大。勵(lì)磁調(diào)試軟件IBS,

4、即系統(tǒng)監(jiān)視軟件,也是SIEMENS公司專門針對SIMADYN D硬件平臺(tái)軟件。IBS基于Windows98操作系統(tǒng),通過PC機(jī)的RS232串口與SIMADYN D的SS4上的RS232串口進(jìn)行連接,使個(gè)人計(jì)算機(jī)與SIMADYN D系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以進(jìn)行邏輯功能圖連接的改變,軟件狀態(tài)變量的讀取和賦值等調(diào)試監(jiān)視工作。 圖2 勵(lì)磁功率柜風(fēng)機(jī)投運(yùn)切換邏輯軟件示意圖為了更直觀的介紹STRUC G邏輯圖軟件,現(xiàn)將勵(lì)磁功率柜風(fēng)機(jī)投運(yùn)切換邏輯截取一小段置于圖2中。這是寫入CPU1(1FP中命名為LTSCHR功能包、涉及名為MFP_1和D_L6兩個(gè)邏輯模塊。1FP LTSCHR的掃描工作時(shí)間為T4=48

5、ms,即每48ms循環(huán)工作一次,這里的工作順序是先MFP_1 (800T4后D_L6(820T4。MFP_1是一個(gè)脈沖發(fā)生模塊(MFP0F,相當(dāng)于一個(gè)瞬時(shí)動(dòng)作延時(shí)返回的時(shí)間繼電器;D_L6是D型觸發(fā)器(DFR。邏輯塊中的B1(二進(jìn)制、Q(二進(jìn)制、TF(時(shí)間表示變量的類型。在圖2中,左邊為輸入信號,右邊為輸出信號,當(dāng)BE_ER3.Q5/1.2=1時(shí),即交流滅磁開關(guān)S102合閘時(shí),觸發(fā)MFP_1并產(chǎn)生一個(gè)96ms寬的脈沖經(jīng)Q端觸發(fā)D_L6 D型觸發(fā)器,D 型觸發(fā)器按照其真值表使Q(投自用電風(fēng)機(jī)和QN(投廠用電風(fēng)機(jī)交替等于1,即交流滅磁開關(guān)每合閘一次,也就是勵(lì)磁每啟動(dòng)一次,勵(lì)磁功率柜風(fēng)機(jī)就交替切換一

6、次。1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件結(jié)構(gòu)三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件由25個(gè)軟件功能包組成,分配在三個(gè)CPU中,其中CPU1主管計(jì)算和調(diào)節(jié)控制,CPU2主管操作顯示和通訊,CPU3主管脈沖移相輸出。表1總結(jié)了三峽水力發(fā)電廠(TGHP勵(lì)磁軟件功能包。表1 TGHP勵(lì)磁軟件功能包簡介軟件包名稱及運(yùn)行周期軟件功能包功能簡介PQISTX(CPU1T1=3ms機(jī)端電壓電流交流采樣;計(jì)算有功、無功、機(jī)端電壓電流頻率,不平衡電壓電流等。FEHL1(CPU1T4=48 ms CPU1自檢;電池電源檢測。REGEL(CPU1T3=12 ms自動(dòng)電壓控制(A VR;過勵(lì)限制;定子電流限制;欠勵(lì)限制。QREG(CPU1T4=48 ms Q

7、模式設(shè)置與控制。SWREG(CPU1T4=48ms電壓電流給定斜坡函數(shù)設(shè)定;階躍設(shè)定;V/Hz限制;勵(lì)磁電流快速限制值設(shè)定。LTSCHR(CPU1T4=48m s 內(nèi)部開關(guān)量輸入;整流柜故障檢測;風(fēng)機(jī)切換控制。ANZ2(CPU1T4=48 ms轉(zhuǎn)子溫度計(jì)算;模擬量4-20 mA輸出設(shè)置。PDG(CPU1T1=3ms內(nèi)部PSS-2A模型;外置PSS-2A控制。VORORT(CPU1T4=48ms OP2N顯示面板控制;OP2N顯示信息。KOM1(CPU1T3=12msT4=48 ms T5=192 ms與監(jiān)控裝置同步時(shí)鐘設(shè)置。(未用;CPU2調(diào)試軟件設(shè)置XS1.COM(CPU1T4=48 ms

8、OP2N和IBS(調(diào)試通訊設(shè)置。XE2.COM(CPU2T5=48ms設(shè)置Profibus接受命令;設(shè)置它通道信息接受命令;設(shè)置OP2N顯示接受命令。NACH(CPU2T5=48ms雙機(jī)通訊設(shè)置;雙機(jī)通訊量設(shè)置。STROM(CPU2T4=24 ms模擬量輸入;功率柜風(fēng)速狀態(tài)輸入;試驗(yàn)用模擬量輸出。OP2(CPU2T5=48ms OP2N操作顯示;OP2N記錄(未用。SWLOG (CPU2T5=48ms運(yùn)行模式選擇;自動(dòng)手動(dòng)切換;起勵(lì)操作;故障檢測;開環(huán)控制。ANZ(CPU2T5=48ms開關(guān)量輸入輸出;模擬量輸出;Profibus通訊量輸入輸出。KOM2(CPU2T5=48ms IBS設(shè)置(C

9、PU2調(diào)試軟件設(shè)置ANZ3(CPU2T5=48ms內(nèi)部重要開關(guān)量輸入;X4開關(guān)量輸出;內(nèi)部開環(huán)控制。TRACE (CPU2T3=12 ms記錄或者錄波量功能(未用。FEHL2(CPU2T5=48 ms CPU2自檢。XS2.COM(CPU2T5=48ms設(shè)置Profibus發(fā)送命令;設(shè)置它通道信息發(fā)送命令;設(shè)置OP2N顯示發(fā)送命令。STRST1(CPU3I1=3.3 ms數(shù)字移相器功能;勵(lì)磁電流測量及控制;勵(lì)磁電壓測量及控制。FEHL3(CPU3T5=48 ms CPU3處理器自檢。KOM3(CPU3T5=48 ms IBS設(shè)置(CPU3調(diào)試軟件設(shè)置從表1中我們可以看出,除了移相脈沖軟件STR

10、ST1是同步電壓中斷程序外(I1=3.3ms,其余都是時(shí)間中斷程序,中斷時(shí)間按照任務(wù)的重要性安排,最快的是機(jī)端電壓電流交流采樣計(jì)算和PSS 軟件(3ms,最慢的是與監(jiān)控裝置同步時(shí)鐘通訊設(shè)置(192ms。表1給我們的另一個(gè)感覺是軟件功能包任務(wù)分配凌亂。事實(shí)上也是如此,當(dāng)我們查看某一勵(lì)磁軟件時(shí),會(huì)從一個(gè)軟件包,跳到另一個(gè)軟件包,相當(dāng)麻煩。三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示,由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)(AVR、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)(ECR、無功模式(Q模式、勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)控制器和移相脈沖觸發(fā)器等組成。調(diào)節(jié)器控制規(guī)律采用PI+PSS控制理論。 圖3 THYRIPOL勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件結(jié)構(gòu)圖在圖3中,AVR由1-6模塊組成,E

11、CR由12-16模塊組成,Q模式由17-18模塊組成,勵(lì)磁電壓控制器和移相脈沖觸發(fā)器由7-9模塊組成,19-26是AVR模式中的各種限制器。A VR以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和其設(shè)定值的差值作為PI(比例積分調(diào)節(jié)器的輸入,以脈沖輸出控制整流柜的輸出電流,從而保持機(jī)端電壓為恒定值。A VR是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本和主要調(diào)節(jié)方式。勵(lì)磁系統(tǒng)的其它高層控制功能和限制模塊,如PSS,無功控制以及過勵(lì)、欠勵(lì)限制器等,都在A VR方式中實(shí)現(xiàn)。ECR是以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和其設(shè)定值的差值作為P(比例調(diào)節(jié)器的輸入,以保持勵(lì)磁電流為恒定值的方式控制發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)以A VR方式為主,在調(diào)試或系統(tǒng)某些特殊工況需要時(shí),可采用

12、ECR調(diào)節(jié)方式運(yùn)行,在PT斷線等異?；蚬收瞎r下,系統(tǒng)自動(dòng)切換到ECR調(diào)節(jié)方式運(yùn)行。A VR和ECR信號經(jīng)A VR/ECR模式切換邏輯進(jìn)入勵(lì)磁電壓控制器和ECR綜合放大器。其中10模塊切換的是勵(lì)磁電壓設(shè)定值,11模塊切換的是勵(lì)磁電流設(shè)定值。勵(lì)磁電壓設(shè)定值在勵(lì)磁電壓控制器中同勵(lì)磁電壓測量值進(jìn)行比較放大,其輸出再同勵(lì)磁電壓設(shè)定值相加后給勵(lì)磁電壓控制限幅器。勵(lì)磁電流設(shè)定值在ECR綜合放大器中同勵(lì)磁電流測量值進(jìn)行比較放大,其輸出作為上下限給勵(lì)磁電壓控制限幅器。盡管勵(lì)磁電壓控制器的放大倍數(shù)為1,但由于勵(lì)磁電壓的變化快于其它電參數(shù)(比如勵(lì)磁電流的變化,其負(fù)反饋對于穩(wěn)定勵(lì)磁電壓具有很大作用,因而也被稱謂鎮(zhèn)定

13、器。移相脈沖觸發(fā)器9模塊在同步脈沖的中斷下,根據(jù)勵(lì)磁電壓控制信號Ureg的大小產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,當(dāng)勵(lì)磁電流等于零后閉鎖脈沖輸出。Q模式以發(fā)電機(jī)無功和其給定值的差值作為脈寬調(diào)制模塊的輸入,當(dāng)二者相差大于1%時(shí)則通過脈寬調(diào)制器模塊產(chǎn)生脈沖,增減A VR模式的機(jī)端電壓設(shè)定值,使其上升下降,以使在某一范圍內(nèi)的無功功率保持不變。在此范圍內(nèi),AVR響應(yīng)系統(tǒng)電壓的變化,并以自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)的方式保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。無功功率控制方式只有在機(jī)組并網(wǎng)后才起作用。上述三種工作模式的調(diào)節(jié)范圍如下。A VR:70%UgnU g110%Ugn;ECR: 10%IfnIf68%Ifn(空載運(yùn)行;10%IfnIf110%Ifn(負(fù)載運(yùn)行

14、Q模式:-150Mvar Q +500Mvar三峽左岸電站的勵(lì)磁裝置同時(shí)也是機(jī)組電氣制動(dòng)系統(tǒng)的一部分,當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降至50%額定轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)出口制動(dòng)開關(guān)合上后,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器按照ECR模式起勵(lì),勵(lì)磁電流設(shè)定值等于制動(dòng)電流設(shè)定值(12模塊且不能改變直至機(jī)組速降至15%即電氣制動(dòng)結(jié)束。圖10是西門子公司提供的三峽左岸電站勵(lì)磁摸型,圖下表格是模型參數(shù)。 圖10 西門子公司提供的三峽左岸電站勵(lì)磁摸型及參數(shù)將參數(shù)帶入圖10,得到圖11三峽左岸電站勵(lì)磁摸型。該模型同本文中的THYRIPOL勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件結(jié)構(gòu)圖是一致的。在2005年11月,國家調(diào)度中心、中國電科院以及三峽電廠對三峽西門子勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的模型及其參數(shù)進(jìn)

15、行了測試,其結(jié)論是:西門子公司提供的三峽機(jī)組A VR模型和參數(shù)與實(shí)際的A VR模型參數(shù)之間存在一點(diǎn)差異,且這種差異沒有影響到整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這個(gè)差異的最大點(diǎn)是:勵(lì)磁電壓反饋時(shí)間常數(shù)T F2測試結(jié)果是0.02S,而西門子公司提供的是0.1S 三峽左岸電站勵(lì)磁摸型及參數(shù)。圖11就是考慮測試結(jié)果并對西門子模型進(jìn)行簡化所得到的簡化模 圖12三峽左岸電站勵(lì)磁簡化摸型2 勵(lì)磁限制器特性曲線為了保護(hù)系統(tǒng)、機(jī)組及勵(lì)磁裝置本身的安全,三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)了下列限制器?，F(xiàn)按限制器在A VR工作流程中的位置,依次介紹它們的特性曲線以及輸出值的數(shù)學(xué)表達(dá)式。這些表達(dá)式主要包涵動(dòng)作整定值和延時(shí)時(shí)間。值得注意的是,限制

16、器在軟件結(jié)構(gòu)框圖中的位置,也就決定了它們的限制優(yōu)先級,在軟件結(jié)構(gòu)圖最后的其限制優(yōu)先級最高,比如PSS和過勵(lì)限制器等。2.1 定子電流限制器:Stator current limiter為了支持電網(wǎng)穩(wěn)定和機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行的需要,我們一般允許發(fā)電機(jī)定子電流短時(shí)過負(fù)荷,但同時(shí)應(yīng)采取措施限制將定子電流,防止定子繞組過熱。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的定子電流限制就是在定子電流過流情況下通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流使其減小的限制器。定子電流限制器是基于Q-P功率限制曲線來設(shè)計(jì)的,定子電流限制器整定值及限制曲線如圖4所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過了限制區(qū),如果此時(shí)機(jī)組在進(jìn)相運(yùn)行(-Q動(dòng)作區(qū),則限制器動(dòng)作,增加機(jī)端電壓設(shè)定值使勵(lì)磁電流增加;如果此

17、時(shí)機(jī)組在遲相運(yùn)行(+Q動(dòng)作區(qū),則限制動(dòng)作,減少機(jī)端電壓設(shè)定值使勵(lì)磁電流減少。不管怎樣,其結(jié)果都是調(diào)節(jié)定子電流的無功分量,從而使發(fā)電機(jī)電流回到限制區(qū)以內(nèi)運(yùn)行。對勵(lì)磁系統(tǒng)而言,定子電流限制器只能減少發(fā)電機(jī)電流的無功分量,對有功分量卻無能為力。當(dāng)發(fā)電機(jī)在功率因數(shù)cos=1附近(±10%死區(qū)運(yùn)行時(shí),無論定子電流是否超過了限制區(qū),限制器都不動(dòng)作。 如果不設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū),限制器在此區(qū)域內(nèi)參與調(diào)節(jié)將會(huì)影響機(jī)組的有功穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)電流在死區(qū)內(nèi)超過了限制區(qū)域時(shí),應(yīng)由機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié),通過關(guān)閉導(dǎo)葉來降低發(fā)電機(jī)電流的有功分量,使發(fā)電機(jī)電流回到限制區(qū)域以內(nèi)。2.2 伏/赫(V/Hz限制器:V/H zli

18、miter對于A VR模式來說,當(dāng)機(jī)組頻率降低時(shí),機(jī)端電壓依舊會(huì)保持恒定,勵(lì)磁系統(tǒng)將會(huì)增加勵(lì)磁電流,這樣會(huì)使發(fā)電機(jī)及所有與之相連的變壓器出現(xiàn)過磁通現(xiàn)象,從而對這些設(shè)備成損壞。為此,應(yīng)設(shè)立電壓/頻率(U/F限制即伏/赫限制器,三峽電廠伏/赫限制特性曲線如圖5所示。 圖6 無功補(bǔ)償器特性曲線圖7 欠勵(lì)限制器特性曲線在軟件結(jié)構(gòu)圖中,V/Hz限制動(dòng)作后則降低機(jī)端電壓設(shè)定值上限,這樣,圖5中的實(shí)線就是電壓最大設(shè)定值隨頻率變化的曲線。由于電壓最小設(shè)定值是一個(gè)固定值,因此,對應(yīng)于下列機(jī)組頻率,機(jī)端電壓設(shè)定值Ugref的范圍就會(huì)因V/Hz限制器而改變:F50H,Ugref=70%110%;zF=47.5H,U

19、gref=70%100%;zF45H,Ugref=70%90%。z在空載狀態(tài),當(dāng)機(jī)組頻率進(jìn)一步下降,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的低頻退勵(lì)磁環(huán)節(jié)啟動(dòng),逆變滅磁。在我國勵(lì)磁技術(shù)習(xí)慣中,V/Hz限制器主要應(yīng)用在機(jī)組空載狀態(tài),而三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器出廠設(shè)定是負(fù)載狀態(tài),并且強(qiáng)調(diào)負(fù)載狀態(tài)更需要V/Hz限制器,這顯然不同于我國的技術(shù)規(guī)范和三峽電廠的實(shí)際需要,我們擬改為無論空載和負(fù)載都將投入V/Hz限制器。2.3 無功補(bǔ)償(調(diào)差器:Reactive current compensater為了合理分配并聯(lián)機(jī)組的無功和改善機(jī)端電壓隨無功變化的特性,三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器配置有無功補(bǔ)償器。無功補(bǔ)償器又稱為調(diào)差單元,其原理示意圖如圖6所示。在勵(lì)磁

20、調(diào)節(jié)器沒有無功補(bǔ)償功能即勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)差系數(shù)等于零(無差的情況下,發(fā)電機(jī)調(diào)差特性是自然調(diào)差特性,即隨著無功的增加,機(jī)端電壓逐步下降,如曲線3所示。考慮到三峽發(fā)電機(jī)組的自然調(diào)差率太大,因此勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的調(diào)差系數(shù)設(shè)置為負(fù)調(diào)差,如曲線2所示。綜合曲線3和2,曲線1就是發(fā)電機(jī)組實(shí)際調(diào)差特性。2.4 欠勵(lì)限制器:Under excitation limite為了防止發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)容性無功過負(fù)荷,引起發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱而造成損傷,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都應(yīng)配置欠勵(lì)限制器。欠勵(lì)限制器參數(shù)的設(shè)定,應(yīng)按發(fā)電機(jī)制造廠給出的P-Q曲線和失磁保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限綜合考慮。在軟件結(jié)構(gòu)圖中,A VR控制信號切換是按最大值(MAX函數(shù)選擇的,正常

21、運(yùn)行時(shí)欠勵(lì)限制器輸出負(fù)值,而A VR信號綜合及放大器輸出正值,欠勵(lì)限制器不動(dòng)作;當(dāng)機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行且無功超過整定值時(shí),欠勵(lì)限制器輸出正值即動(dòng)作,從而升高定子電壓,以使機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)回到允許的允許范圍之內(nèi)。三峽電廠低勵(lì)限制器特性曲線如圖7所示。欠勵(lì)限制器按限制曲線A-B-C-D設(shè)定,改變圖7中表格的Q,就可設(shè)計(jì)欠勵(lì)限制特性曲線。SIEMENS欠勵(lì)限制器比較特殊,其設(shè)定值還與機(jī)端電壓相關(guān)聯(lián),電壓高,欠勵(lì)的設(shè)定值也高,反之亦然。欠勵(lì)限制器將發(fā)電機(jī)無功和欠勵(lì)設(shè)定值的差值放大輸出,動(dòng)作后整個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)相當(dāng)于Q模式運(yùn)行,使機(jī)組無功穩(wěn)定在欠勵(lì)限制設(shè)定值范圍內(nèi)。2.5 過勵(lì)限制器:Over excitation l

22、imiter過勵(lì)限制的功能是防止發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電流過流。三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制有兩種:慢速(Slow field current limiter過勵(lì)限制(反時(shí)限和快速(Fast field current limiter過勵(lì)限制,其特性曲線如圖8所示。 圖8 過勵(lì)限制器特性曲線在軟件結(jié)構(gòu)圖中,模塊23正常運(yùn)行還是前面其它限制器動(dòng)作,致使勵(lì)磁電流超過115%額定值,過勵(lì)限制器經(jīng)一定延時(shí)后就能將勵(lì)磁電流限制到115%額定值以內(nèi)。正是由于這種延時(shí)特性,所以又稱為慢速過勵(lì)限制器?？焖龠^勵(lì)限制器,是軟件結(jié)構(gòu)圖中的25模塊,它是AVR方式下級別最高的限制器,因?yàn)槠漭敵鲋苯涌刂苿?lì)磁電壓限幅器?？焖龠^勵(lì)限制器

23、的設(shè)定值有4個(gè),它根據(jù)運(yùn)行條件進(jìn)行自我選擇:正常負(fù)載運(yùn)行(包括一個(gè)整流柜退出選擇強(qiáng)勵(lì)限制,整定值是2.085Ifn;負(fù)載運(yùn)行時(shí)兩個(gè)整流柜退出,選擇負(fù)載限制,整定值是1.15Ifn;空載運(yùn)行則選擇空載限制,整定值是0.68Ifn。圖3中的26是軟啟動(dòng)設(shè)定值模塊,選擇軟起勵(lì),設(shè)定值從25%Ifn按照25S時(shí)間常數(shù)上升至100 %Ifn。圖3中的15是最小函數(shù)模塊,從其兩個(gè)輸入中選擇一個(gè)較小值送至ECR綜合放大器。在特性曲線8中,給出的只是強(qiáng)勵(lì)限制線,其它三條特性曲線也都是垂直于X軸的直線?？焖龠^勵(lì)限制器動(dòng)作沒有時(shí)限,動(dòng)作后也不顯示或報(bào)警,其明顯特征是UgrefUgn。2.5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器:PSS

24、PSS基本功能是通過引入附加信號控制勵(lì)磁,以提供正的阻尼矩陣,抑制電力系統(tǒng)的低頻振蕩,提高機(jī)組的靜穩(wěn)特性。為了滿足三峽巨型機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和PSS應(yīng)在0.1Hz2.0Hz頻率段內(nèi)能提供正阻尼的要求,三峽勵(lì)磁PSS從仿真、試驗(yàn)和運(yùn)行都經(jīng)歷了一個(gè)較長過程,僅其數(shù)學(xué)模型就從剛開始的PSS1A,到試驗(yàn)中的PSS3B,再到運(yùn)行中的PSS2A。目前,三峽電廠前期投運(yùn)的機(jī)組使用外置附加的PSS裝置,由中國電力科學(xué)院研制。這是一個(gè)雙輸入信號加速功率型PSS模型,即PSS2A模型,如圖9所示。后期投運(yùn)的機(jī)組使用西門子軟件PSS,其模型和參數(shù)同電科院的PSS完全一樣。二者的使用選擇很方便,其運(yùn)行情況都很穩(wěn)定。三

25、峽左岸電廠的PSS的參數(shù)如下:Tw1=Tw2=Tw3=T7=10.0s,T1=0.51s, T2=2.27s,T3=T5=0.4s,T4=T6=0.04s,T8=0.6s, T9=0.12s, M=5, N=1,K3=K4=1.0,K1=5-6.5。3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件特色對照我國大中型水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組部分自并勵(lì)勵(lì)磁軟件,我們發(fā)現(xiàn)SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器軟件在下列環(huán)節(jié)中,明顯不同于國內(nèi)勵(lì)磁軟件,具有鮮明的國外特色。3.1 勵(lì)磁電壓穩(wěn)定控制器:在自并勵(lì)勵(lì)磁控制程序中,SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)置勵(lì)磁電壓負(fù)反饋控制環(huán)節(jié),既有利于勵(lì)磁電壓的快速穩(wěn)定,又相應(yīng)提高了自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)響應(yīng)速度。從這一點(diǎn)看,勵(lì)磁電壓

26、負(fù)反饋環(huán)節(jié),相當(dāng)于勵(lì)磁控制中的一個(gè)微分I環(huán)節(jié)。如果勵(lì)磁調(diào)節(jié)中引入勵(lì)磁電壓反饋量,就可以利用Uf/If來計(jì)算實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻,從而按照已知的20°C 時(shí)的轉(zhuǎn)子繞組電阻,以及銅導(dǎo)體的電阻隨溫度線性變化的曲線,計(jì)算出轉(zhuǎn)子繞組運(yùn)行溫度。一旦轉(zhuǎn)子繞組溫度過高,就發(fā)報(bào)警信號。三峽勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的這個(gè)新功能很有實(shí)用價(jià)值。SIEMENS勵(lì)磁利用勵(lì)磁電壓反饋量,還設(shè)計(jì)了一個(gè)勵(lì)磁電壓強(qiáng)勵(lì)時(shí)間限制器:當(dāng)勵(lì)磁電壓強(qiáng)勵(lì)值達(dá)到80%誤強(qiáng)勵(lì)值且時(shí)間超過20秒,就進(jìn)行通道切換。分析這個(gè)功能,可以說是一個(gè)誤強(qiáng)勵(lì)限制器。3.2 通訊:在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的一個(gè)通道中,共有四個(gè)通訊口:本通道同操作顯示面板的通訊;本通道同調(diào)試計(jì)算機(jī)的通訊

27、;兩個(gè)通道之間的通訊;本通道同監(jiān)控系統(tǒng)的通訊。前三個(gè)采用RS232,后一個(gè)采用PROFIBUS。通訊口多,而且通訊數(shù)據(jù)大,是SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的重要特色。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的兩個(gè)通道分別接入整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)PROFIBUS環(huán)型網(wǎng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之中。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的PROFIBUS通訊設(shè)計(jì)是雙向通訊,既可接受機(jī)組監(jiān)控裝置的命令,還能向監(jiān)控反饋調(diào)節(jié)器運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際運(yùn)行中,只采用單向通訊,只向監(jiān)控反饋勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。這些參數(shù)包括:機(jī)端電壓電流、勵(lì)磁電壓電流、無功的測量和設(shè)定值等8個(gè)模擬量和勵(lì)磁投切等4個(gè)字節(jié)的開關(guān)量。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同監(jiān)控裝置依然保留傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)控制方式,并且再用4-20mA變送器向監(jiān)控裝置傳遞PR

28、OFIBUS通訊中的所有模擬量。這種同監(jiān)控裝置雙重化的通訊的實(shí)用價(jià)值值得探討。3.3 跟蹤與切換:在雙通道配置中,跟蹤是指兩個(gè)獨(dú)立的通道之間的跟蹤,其目的是為了通道之間、運(yùn)行模式之間的平穩(wěn)切換。跟蹤數(shù)據(jù)多,方式切換邏輯復(fù)雜,也是SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的特色之一。通道之間互相跟蹤的模擬量有6個(gè):AVR控制信號Ureg、勵(lì)磁電壓控制器輸出信號Ufreg、軟起勵(lì)值Ifsoft以及限制器測量值等。前兩個(gè)信號的含義見軟件結(jié)構(gòu)框圖3,后三個(gè)信號是起勵(lì)過程和限制器動(dòng)作中通道切換用。通道之間互相跟蹤的開關(guān)量有6個(gè)字節(jié)之多,主要包括控制命令、運(yùn)行狀態(tài)和重要故障信息等。SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道切換方式也不同

29、于我國勵(lì)磁習(xí)慣:切換命令由工作通道發(fā)出,但由備用通道執(zhí)行。更為重要的是,備用通道時(shí)刻監(jiān)視工作通道的運(yùn)行情況,一旦發(fā)現(xiàn)工作通道不正常,就強(qiáng)行切換。運(yùn)行模式之間的切換,就是AVR和ECR之間的切換以及Q模式的投切。為了保證平穩(wěn)切換,最主要方法是即將投運(yùn)模式的設(shè)定值跟蹤當(dāng)前運(yùn)行值,此外,切換條件的確立也非常重要和復(fù)雜。在ECR切至AVR瞬間,SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器除了采取設(shè)定值跟蹤實(shí)際值外,還在AVR控制值Ureg上采用措施:在ECR模式下,AVR的Ureg總是等于實(shí)際勵(lì)磁電壓與勵(lì)磁電壓控制器輸出值的平均值,這樣,ECR切至AVR瞬間,其控制電壓也只是在上述Ureg基礎(chǔ)上變化,對勵(lì)磁電壓的擾動(dòng)就很

30、小。3.4 硬軟件自診斷:由于SIEMENS勵(lì)磁裝置輔助控制器件多,不得不設(shè)置一個(gè)輔助控制柜。為了有效的檢測這些器件的狀態(tài),本調(diào)節(jié)器硬軟件自診斷功能強(qiáng)大,很有特色。初步統(tǒng)計(jì)三峽勵(lì)磁系統(tǒng)中自診斷器件:保險(xiǎn)和開關(guān)約50個(gè),接觸器和繼電器約80個(gè),變送器和傳感器約20個(gè)。對于上述任何一個(gè)元件的狀態(tài)都進(jìn)行檢測,從而得出正常與否,并作出報(bào)警、切換、甚至跳閘等相應(yīng)的處理。在三峽勵(lì)磁投運(yùn)操作中,如果發(fā)生操作漏項(xiàng)現(xiàn)象,調(diào)節(jié)器就會(huì)報(bào)警并顯示,方便了電廠運(yùn)行人員進(jìn)行勵(lì)磁操作。SIMADYN D控制器還有強(qiáng)大自檢功能,也方便了電廠維護(hù)人員進(jìn)行勵(lì)磁檢修。比如,在勵(lì)磁投運(yùn)試驗(yàn)期間,某機(jī)組PLC故障,其CPU板上的數(shù)碼L

31、ED立即顯示出故障類型,并指出故障模板位置?？梢哉f,SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自診斷功能,使其初步具備勵(lì)磁狀態(tài)檢修能力。3.5 現(xiàn)場試驗(yàn)與維護(hù):國外勵(lì)磁軟件一般都采用可編程邏輯功能圖語言,給工程技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和維護(hù)工作帶來了極大的方便。不僅如此,三峽勵(lì)磁軟件因其考慮周全,完全滿足了三峽巨型水輪發(fā)電機(jī)組復(fù)雜的現(xiàn)場試驗(yàn)。比如在發(fā)電機(jī)升流升壓試驗(yàn)和繼電保護(hù)現(xiàn)場試驗(yàn)中,THYRIPOL勵(lì)磁系統(tǒng)不僅要從自并勵(lì)工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)樗鼊?lì)方式,而且還要修改很多限制參數(shù),對此,僅使用SIEMENS勵(lì)磁調(diào)試軟件IBS即可。在SIEMENS勵(lì)磁軟件中,專門備有現(xiàn)場試驗(yàn)錄波用的D/A通道,可以方便錄取調(diào)節(jié)器運(yùn)行中的有功、無功

32、、勵(lì)磁電壓電流等10個(gè)模擬量。另外,在PSS程序中設(shè)置有正弦波信號發(fā)生器,可以進(jìn)行發(fā)電機(jī)有功功率幅頻特性試驗(yàn)。在三峽勵(lì)磁裝置運(yùn)行中,對于一些不完善和不符合我國技術(shù)習(xí)慣的軟件進(jìn)行了改進(jìn):比如按照我國技術(shù)習(xí)慣考慮三個(gè)功率柜故障、閉鎖PROFIBUS故障后AVR切ECR、將打開功率柜門就跳閘改為報(bào)警等。盡管技術(shù)改進(jìn)即簡單又方便,但我們首先要同VOITH SIEMENS深入溝通,交換意見后再進(jìn)行。SIEMENS勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用OP2N顯示面板,相對于國內(nèi)部分產(chǎn)品采用觸摸屏計(jì)算機(jī)而言,尺寸小,數(shù)據(jù)顯示和通訊能力不夠強(qiáng)大,使其在現(xiàn)場試驗(yàn)和故障錄波分析方面有所欠缺。但簡單的顯示和操作界面,對于電廠運(yùn)行和維護(hù)人員是合適的。在這個(gè)顯示面板,有一個(gè)百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)